È arrivato l’anti-ASIC

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Abbasso gli ASIC, W le FPGA. Questo in sintesi il messaggio lanciato da Altera con la presentazione della sua nuova famiglia di circuiti logici programmabili a basso costo denominata Cyclone. Paul Hollingworth, Direttore Marketing Europa di Altera, non usa mezze misure: “la famiglia Cyclone è stata appositamente progettata e ottimizzata per diventare la famiglia di FPGA più economica sul mercato, con un costo di almeno il 50% inferiore a quello delle concorrenza e con una densità di circa quattro volte maggiore rispetto alla generazione precedente di FPGA considerate a basso costo.” I componenti Cyclone, basati su un’architettura completamente nuova studiata per garantire costi bassissimi senza sacrificare troppo le prestazioni, hanno prezzi che possono toccare il valore minimo di 1,5 dollari per 1000 elementi logici, intesi come generatori di funzioni a 4 ingressi e relativo registro, cioè circa la metà rispetto al costo corrente delle FPGA più economiche. Continua Hollingworth: “Altera ha progettato la serie Cyclone partendo da zero, basandosi per la definizione del prodotto sullo stesso processo che ha garantito il successo della famiglia di dispositivi Stratix. Grazie alla collaborazione con centinaia di clienti di tutto il mondo, che hanno contribuito a definire i livelli di prezzo, la densità, le funzioni e le prestazioni dei dispositivi Cyclone, è stato possibile realizzare componenti con caratteristiche molto ben calibrate e una densità di quattro volte superiore a quella delle precedenti FPGA a basso costo. Inoltre, i dispositivi Cyclone hanno dimensioni del die anche del 60% inferiori rispetto alle architetture precedenti.”

Economiche anche per i grandi volumi

L’obiettivo di Altera è di diffondere le FPGA anche in nuovi mercati fino a oggi considerati molto difficili per i produttori di logiche programmabili a causa del costo dei componenti. Finora, nelle applicazioni dove il volume di produzione è molto elevato, dell’ordine delle centinaia di migliaia di pezzi l’anno, anche quando i progettisti avessero voluto impiegare le FPGA, molto gradite per la loro flessibilità e velocità di realizzazione, spesso hanno dovuto optare per soluzioni basate su ASIC, favoriti dal minor costo unitario del chip nel caso di produzioni in grande serie.
Tuttavia, il costo di progettazione degli ASIC, che comprende il prezzo elevato delle spese di impianto (NRE, Non-recurring engineering charges) e il rischio connesso con il possibile insuccesso di mercato, sta facendo crescere l’attenzione nei confronti delle logiche programmabili anche da parte di chi progetta sistemi dedicati al largo consumo, come l’automobile, i modem o i set-top box. Le FPGA, note da tempo per i loro vantaggi in termini di time-to-market, sono prodotti standard, personalizzabili dall’utente, che non richiedono spese di impianto o quantitativi minimi per ogni singolo ordine. Secondo Altera, i componenti della serie Cyclone permetteranno per la prima volta ai progettisti di sistemi che verranno prodotti in grandi volumi di poter sfruttare appieno i vantaggi della logica programmabile, dalla fase della realizzazione dei prototipi fino alla produzione di serie.

La famiglia Cyclone

La nuova famiglia Cyclone è stata progettata da Altera cercando di incorporare le principali caratteristiche presenti nelle sue FPGA di fascia superiore, ossia la famiglia Stratix, ma rinunciando ad alcune delle funzionalità più avanzate e ottimizzando il chip in funzione delle esigenze dei progetti che prevedono produzioni su larga scala. In sostanza, la famiglia Cyclone ha caratteristiche meno avanzate della famiglia Stratix in termini di velocità e densità, pur condividendo con essa le principali funzionalità strutturali, come i blocchi logici (look-up a 4 ingressi e registro programmabile) e lo schema della memoria integrata (blocchi da 4 kbit), nonché il processo produttivo da 0,13 micron a 1,5 V. La famiglia è composta da quattro modelli (vedi Tabella 1) con densità comprese tra 2.910 e 20.060 elementi logici. Ciascun elemento logico, o LE (Logic Element) nella terminologia Altera, è composto da una ‘look-up table’ a 4 ingressi, cioè un generatore di funzioni qualsiasi a 4 ingressi. Inoltre, ogni elemento logico contiene un registro programmabile con generatore di riporto, che può essere usato in molteplici configurazioni e che supporta le funzioni di addizione e sottrazione. Gli elementi logici sono raggruppati a blocchi di 10 formando un cosiddetto LAB (Logic Array Block). Una matrice di interconnessioni programmabili locale permette di smistare i segnali tra i vari LE all’interno dello stesso LAB, mentre una matrice di connessioni globali permette l’instradamento dei segnali tra i vari LAB.

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